Onderzoekers van de Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een doorbraak bereikt op het gebied van toekomstige magnetische opslagapparaten. In maart 2016, het internationale team onderzocht structuren die zouden kunnen dienen als magnetisch schuifregister of racetrack-geheugenapparaten. Dit type opslag belooft lage toegangstijden, hoge informatiedichtheid, en een laag energieverbruik. Nutsvoorzieningen, het onderzoeksteam heeft de miljard-voudige reproduceerbare beweging van speciale magnetische texturen bereikt, zogenaamde skyrmions, tussen verschillende posities, een sleutelproces dat nodig is in magnetische schuifregisters, daarmee een cruciale stap zetten in de richting van de toepassing van skyrmionen in apparaten. Het werk is gepubliceerd in het onderzoekstijdschrift Natuurfysica .

De experimenten werden uitgevoerd in speciaal ontworpen dunne-filmstructuren, d.w.z., verticaal asymmetrische meerlagige apparaten die gebroken inversiesymmetrie vertonen, die speciale spinstructuren, skyrmionen genaamd, stabiliseerde. Die structuren lijken op een haarkrans, en zijn relatief moeilijk te vernietigen. Dit geeft hen een unieke stabiliteit, wat een ander argument is voor de toepassing van skyrmionen in dergelijke spintronische apparaten.

Skyrmionen kunnen worden verschoven door elektrische stromen en voelen een afstotende kracht van de randen van het magnetische spoor en van enkele defecten in de draad. Dus, ze kunnen relatief ongestoord door de baan bewegen. Dit is een belangrijke eigenschap voor racetrack-apparaten, waarvan wordt voorgesteld dat ze bestaan ​​uit statische lees- en schrijfkoppen, terwijl de magnetische bits in het spoor worden verschoven. Echter, skyrmionen bewegen niet alleen evenwijdig aan de aangelegde stroom, maar ook loodrecht daarop. Dit leidt tot een hoek tussen de skyrmion-bewegingsrichting en de stroom die de skyrmion Hall-hoek wordt genoemd. Dit is theoretisch voorspeld. Als resultaat, de skyrmionen moeten onder deze constante hoek bewegen totdat ze worden afgestoten door de rand van het materiaal en er dan een constante afstand van houden.

Wetenschappers van JGU en MIT hebben nu bewezen dat de miljard-voudige reproduceerbare verplaatsing van skyrmionen, inderdaad, mogelijk, en kan worden bereikt met hoge snelheden. Verder, de skyrmion Hall-hoek werd in detail onderzocht. Verrassend genoeg, het bleek afhankelijk te zijn van de snelheid van de skyrmionen, wat betekent dat de componenten van de beweging evenwijdig aan en loodrecht op de stroom niet gelijk schalen met de snelheid van de skyrmionen. Dit wordt niet voorspeld in de conventionele theoretische beschrijving van skyrmionen. Een deel van de oplossing voor dit onverwachte gedrag zou de vervorming van de skyrmion-spinstructuur kunnen zijn, pleit voor meer theoretische inspanning om de eigenschappen van skyrmionen volledig te begrijpen.

"In zeer competitieve onderzoeksgebieden zoals die naar skyrmionen, internationale samenwerking met toonaangevende groepen is een strategisch voordeel. Binnen slechts twee jaar na de start van de samenwerking met onze collega's van MIT, we hebben al de tweede keer samen gepubliceerd in een hoog aangeschreven Natuur groepsjournaal. De MAINZ Graduate School of Excellence faciliteert onderzoeksverblijven van promovendi uit de Verenigde Staten in Mainz en vice versa en levert daarmee een belangrijke bijdrage aan internationaal onderwijs en succesvol onderzoek op dit gebied, " zei professor Mathias Kläui van het JGU Institute of Physics, die tevens directeur is van MAINZ.